改性納米鈦白粉丙烯酸烘干漆的制備及性能研究

趙姍姍，楊德江，侯 節(jié)，李 萍

（龍佰集團股份有限公司，河南 焦作 454006）

在汽車用丙烯酸烘干漆涂料中，常加入一定量的抗紫外線物質，進而提高汽車涂層的防紫外線性能，提高涂層的使用壽命[1]。隨著當前社會對汽車涂膜耐候性要求的進一步提高，選擇性能更佳的抗紫外線物質，從而提高汽車涂膜耐候性是非常有必要的[2]。本文對納米二氧化鈦進行表面改性處理制備改性納米二氧化鈦，將其添加至丙烯酸金屬烘干漆中，采用UV-9紫外光吸收劑+GW-540 光穩(wěn)定劑、納米二氧化鈦對比實驗，來研究改性納米二氧化鈦對汽車涂層的性能影響，并通過實驗確定了納米二氧化鈦最佳添加量。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

齊岳生物公司CAS1317 型金紅石型納米級鈦白粉，粒徑19～42 nm，比表面積36.8～47.2 m2/g；石油醚+HT-5168 分散劑，南通市晗泰化工有限公司；KH-570硅烷偶聯(lián)劑，上海凱茵化工有限公司；AC80 丙烯酸樹脂，中山欣業(yè)環(huán)保材料公司；582-2 氨基樹脂，江蘇三木公司；A302 艷藍FBL 水性色漿，蕪湖顏彩化工材料公司；珠光粉KC-520，上海合碩實業(yè)公司；強閃鋁銀漿ZF4512，上海傲凡化工公司；醋酸丁酸纖維素，廣州阿爾斯新材料有限公司；紫外光吸收劑UV-9，山東富旺化工；光穩(wěn)定劑GW-540，高邑縣宏森化工。

1.2 實驗方法

1.2.1 納米鈦白粉表面改性處理

取550 mL 石油醚置于燒瓶中，加入0.25 g HT-5168 分散劑，攪拌至完全溶解。稱取40 g 納米鈦白粉+0.1 g KH-570 硅烷偶聯(lián)劑，全部加入至石油醚溶液中形成懸浮溶液，超聲分散+超聲振動共15 min；對懸浮溶液90 ℃恒溫水浴加熱，并不斷攪拌至石油醚完全揮發(fā)；剩余物料于60 ℃真空干燥6 h，制備得到蓬松的經表面改性處理的納米鈦白粉粉體。

1.2.2 丙烯酸烘干漆的制備

按汽車用丙烯酸烘干漆配方分別定量加入各物質，紫外光吸收劑的不同制備成3 種不同類型的汽車用丙烯酸金屬烘干漆。

1.2.3 涂膜的制備

選用已預先配套好的白色陰極電泳底漆、尺寸為50 mm×120 mm×0.50 mm 鋼板作為測試樣板。將丙烯酸金屬烘干漆稀釋到黏度為18～30 mPa·s（T-4杯），用噴槍將漆均勻地噴涂于鋼板上，靜置20 min，140 ℃恒溫烘烤20 min 取出，并恒溫恒濕條件下放置0.5～1 h，表面噴一道丙烯酸清漆靜置20 min，140 ℃恒溫烘烤20 min，在恒溫恒濕條件下放置0.5～1 h，進行性能測試。

1.2.4 涂膜的性能測試

采用GB1765 標準測試人工加速老化試驗（800 h），采用GB 6739 測試鉛筆硬度，采用GB 9286 測試附著力，采用TG/T 1723 測試黏度。

2 結果與討論

2.1 不同抗紫外線物質對汽車涂料性能的影響

在確定其他實驗條件不變的情況下，分別采用不同的為抗紫外線物質（配方1：UV-9 紫外光吸收劑；配方2：納米二氧化鈦；配方3：表面改性納米二氧化鈦）制備丙烯酸烘干漆，丙烯酸烘干漆制備成涂層樣板后進行人工加速老化實驗、鉛筆硬度、附著力、黏度等性能進行對比測試，測試結果如表1 所示。

表1 不同抗紫外線物質對涂料性能的影響結果

2.1.1 不同抗紫外線物質對汽車涂料耐候性的影響

耐候性是汽車涂料的重要指標，耐候性是指汽車涂料因受到陽光照射、溫度變化、風吹雨淋等外界條件影響而出現(xiàn)的褪色、變色、龜裂、分劃和強度下降等老化現(xiàn)象。為提高汽車丙烯酸烘干漆涂料的耐候性，可采用加入抗紫外線物質，提高吸收、散射、反射紫外線的能力。

從表1 檢測結果可知，加入改性納米二氧化鈦的涂膜樣品涂膜變色最小、涂膜失光最小，抗紫外線耐候性能最強。在汽車涂料中加入改性納米二氧化鈦可以減少或降低光化學作用對涂膜的破壞力，延長了涂膜的壽命，增強了涂膜的耐候性。

2.1.2 不同抗紫外線物質對汽車涂料硬度、附著力的影響

從表1 數(shù)據可知，加入了改性納米二氧化鈦的丙烯酸烘干漆的涂膜樣板的鉛筆硬度（H）為2、附著力為1 級，對比加入其他抗紫外線物質制備的丙烯酸烘干漆的涂膜樣板來講，硬度和附著力都有了明顯提高。對納米二氧化鈦改性前后進行了SEM掃描，結果表明，納米二氧化鈦經表面改性處理后，二氧化鈦顆粒較分散，無明顯的團聚現(xiàn)象，因此其在涂料中的分散性相對較好，改性納米二氧化鈦可有效地填補涂膜間的空隙，使涂膜更加致密，進一步提高涂料硬度和附著力。

2.1.3 不同抗紫外線物質對汽車涂料黏度的影響

從表1 數(shù)據可知，加入了改性納米二氧化鈦的丙烯酸烘干漆的涂膜樣板的黏度為142 mPa·s，對比加入其他抗紫外線物質制備的丙烯酸烘干漆的涂膜樣板黏度（75、110 mPa·s）來講，黏度值有了明顯提高。改性納米二氧化鈦具有較高活性的比表面積，能與成膜物、溶劑相互作用，降低涂料的流動性。涂料黏度的提高使得流動性降低，可有效防止丙烯酸烘干漆制備過程鋁銀漿、珠光粉發(fā)生沉淀反應，有利于鋁銀漿、珠光粉在成膜過程中的定向排列，進而可以有效提高涂料的隨角異色效果，增加涂膜的金屬感。

2.2 改性納米二氧化鈦質量分數(shù)對汽車涂料耐候性的影響

在確定其他試驗條件不變的情況下，分別采用不同質量分數(shù)的改性納米二氧化鈦（0、0.5、1.0、1.5、2.0%）制備丙烯酸烘干漆，丙烯酸烘干漆制備成涂層樣板后進行人工老化性能測試，測試結果如表2 所示。

表2 不同質量分數(shù)的改性納米二氧化鈦對汽車涂料耐候性的影響

從表2 數(shù)據可知，改性納米二氧化鈦對丙烯酸金屬烘干漆的耐候性影響顯著，當改性納米二氧化鈦加入量從0 增加到2%的過程中，丙烯酸金屬烘干漆制備的涂膜失光情況從3 級遞減至1 級，變色從39.5%遞減至9.5%，失光及變色表現(xiàn)為先遞減后穩(wěn)定趨勢。改性納米二氧化鈦對紫外線具有較好的吸收、散射、反射功能。綜述所述，改性納米二氧化鈦加入量為1.5%較合適。

3 結語

對納米鈦白粉進行表面改性處理得到改性納米鈦白粉，研究了UV-9 紫外光吸收劑+GW-540 光穩(wěn)定劑、納米二氧化鈦、表面改性納米二氧化鈦不同抗紫外線物質對丙烯酸烘干漆的性能影響。結果表明，加入表面改性納米二氧化鈦時，丙烯酸烘干漆涂料涂膜變色、失光最小，抗紫外線性能最強，其鉛筆硬度（H）為2、附著力1 級，有效提高了涂層的硬度和附著力，黏度提高至142 mPa·s，降低了涂層的流動性，提高涂層的隨角異色效果和涂膜金屬感，實驗確定改性納米二氧化鈦最佳加入量為1.5%。綜上所述，改性納米二氧化鈦可用于汽車丙烯酸烘干漆涂料中，能有效提高車輛的抗紫外線性能及提高金屬閃光漆隨角異色效果。